KR20120034937A - 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
다양한 컬러의 구현이 가능한 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 제 1, 제 2 반도체층 및 상기 제 1, 제 2 반도체층 사이에 형성되는 발광층을 포함하며, 제 1 파장대의 광을 생성하는 발광 구조체와, 발광 구조체 위에 형성되는 전극과, 발광 구조체의 일부가 노출되도록 발광 구조체 위에 형성되고, 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대의 광으로 변환하는 광 변환층을 포함할 수 있다.
Description
실시예는 다양한 컬러의 구현이 가능한 발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN, 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광원을 구성함으로써, 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자이다.
발광 다이오드 소자의 특성을 결정하는 기준으로는 색, 휘도 및 광도 등이 있고, 이러한 발광 다이오드 소자의 특성은 1차적으로 발광 다이오드 소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로는 칩을 실장하기 위한 패키지 구조에 의해서도 큰 영향을 받게 되므로, 패키지 구조 등에 많은 관심을 갖게 되었다.
특히, 발광 다이오드는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화 추세에 따라, 더욱 소형화되고 있으며, PCB(Printed Circuit Board)에 직접 장착된 표면실장(SMD: Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있다.
이에 따라, 표시소자로 사용되고 있는 발광 다이오드 램프도 표면실장형으로 개발되고 있으며, 이러한 표면실장형 발광 다이오드 램프는 기존의 점등램프를 대체하여 다양한 컬러를 내는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등에 사용되고 있다.
이와 같이, 발광 다이오드는 그의 사용영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조신호용 전등 등 요구되는 휘도의 양도 갈수록 높아져서 최근에는 고출력 발광 다이오드가 널리 사용되고 있다.
실시예는 소정 컬러의 광을 생성하는 발광 칩의 발광면 일부 위에 광변환층을 형성함으로써, 간단하고 쉽게 원하는 컬러의 광을 구현할 수 있는 발광 소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광 소자는 제 1, 제 2 반도체층 및 상기 제 1, 제 2 반도체층 사이에 형성되는 발광층을 포함하며, 제 1 파장대의 광을 생성하는 발광 구조체와, 발광 구조체 위에 형성되는 전극과, 발광 구조체의 일부가 노출되도록 발광 구조체 위에 형성되고, 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대의 광으로 변환하는 광 변환층을 포함할 수 있다.
여기서, 전극은 제 1 반도체층에 전기적으로 연결되는 제 1 전극과, 제 2 반도체층에 전기적으로 연결되는 제 2 전극으로 구성되고, 광 변환층은 소정 컬러를 갖는 형광체일 수 있다.
이어, 광 변환층은 전극의 일부 또는 전체 영역이 노출되도록 발광면 위에 형성될 수 있다.
광 변환층은, 발광면의 제 1 영역에 형성되는 제 1 형광체층과, 발광면의 제 2 영역에 형성되는 제 2 형광체층을 포함할 수도 있다.
여기서, 제 1 형광체층은 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대의 광으로 변환하고, 제 2 형광체층은 제 1 파장대의 광을 제 3 파장대의 광으로 변환할 수 있다.
그리고, 제 1, 제 2 형광체층은 서로 동일한 두께를 갖거나, 또는 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
또한, 발광면 중, 노출 면적과 비노출 면적은 서로 동일할 수도 있고, 노출 면적이 비노출 면적보다 적을 수도 있다.
그리고, 광 변환층의 표면은 굴곡을 갖는 요철형태일 수 있고, 광 변환층의 두께는 전극의 두께와 동일하거나 또는 전극의 두께보다 더 작을 수 있다.
실시예에 따른 발광 소자의 제조방법은 제 1 파장대의 광을 생성하는 발광 구조체를 형성하는 단계와, 발광 구조체 위에 전극을 형성하는 단계와, 발광 구조체의 일부가 노출되도록, 발광 구조체 위에 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대 또는 제 3 파장대의 광으로 변환하는 광 변환층을 형성하는 단계와, 광 변환층이 형성된 발광 구조체를 패키지 바디의 홈 내에 배치하는 단계와, 발광 구조체의 전극을 패키지 바디의 회로영역에 전기적으로 연결하는 단계와, 발광 구조체 및 패키지 바디의 홈 내에 충진재를 채우는 단계를 포함할 수 있다.
실시예는 소정 컬러를 구현하는 발광 칩의 상부면을 분할하여 분할된 상부면 일부 위에 광변환층을 형성함으로써, 간단하고 쉽게 원하는 컬러의 광을 구현할 수 있고, 색재현성이 우수한 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 실시예에 따른 발광 소자의 기본 개념을 설명하기 위한 도면
도 5a는 수평형 구조의 발광소자를 보여주는 도면
도 5b는 수직형 구조의 발광소자를 보여주는 도면
도 5c는 하이브리드형 구조의 발광소자를 보여주는 도면
도 6은 수평형 구조의 발광 소자에 형성된 광 변환층을 보여주는 도면
도 7은 수직형 구조의 발광 소자에 형성된 광 변환층을 보여주는 도면
도 8은 하이브리드형 구조의 발광 소자에 형성된 광 변환층을 보여주는 도면
도 9a 및 도 9b는 광 변환층(150)의 형성에 따른 전극의 노출 정도를 보여주는 도면
도 10a 내지 도 10c는 제 1, 제 2 광 변환층의 두께를 보여주는 도면
도 11a 및 도 11b는 광 변환층에 따른 발광면의 노출 정도를 보여주는 도면
도 12는 요철 형태의 표면을 갖는 광 변환층을 보여주는 도면
도 13은 발광 소자가 적용된 발광 소자 패키지를 보여주는 도면
도 14은 발광 소자가 적용된 발광 소자 패키지의 제작 공정을 설명하기 위한 공정 흐름도
도 15은 발광 소자 패키지를 갖는 조명장치의 일실시예를 보여주는 도면
도 5a는 수평형 구조의 발광소자를 보여주는 도면
도 5b는 수직형 구조의 발광소자를 보여주는 도면
도 5c는 하이브리드형 구조의 발광소자를 보여주는 도면
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도 7은 수직형 구조의 발광 소자에 형성된 광 변환층을 보여주는 도면
도 8은 하이브리드형 구조의 발광 소자에 형성된 광 변환층을 보여주는 도면
도 9a 및 도 9b는 광 변환층(150)의 형성에 따른 전극의 노출 정도를 보여주는 도면
도 10a 내지 도 10c는 제 1, 제 2 광 변환층의 두께를 보여주는 도면
도 11a 및 도 11b는 광 변환층에 따른 발광면의 노출 정도를 보여주는 도면
도 12는 요철 형태의 표면을 갖는 광 변환층을 보여주는 도면
도 13은 발광 소자가 적용된 발광 소자 패키지를 보여주는 도면
도 14은 발광 소자가 적용된 발광 소자 패키지의 제작 공정을 설명하기 위한 공정 흐름도
도 15은 발광 소자 패키지를 갖는 조명장치의 일실시예를 보여주는 도면
이하 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 4는 실시예에 따른 발광 소자의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 광변환층이 형성되지 않은 발광 소자를 보여주는 평면도 및 단면도이고, 도 2 내지 도 4는 다양한 컬러의 광변환층이 형성된 발광 소자를 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광변환층이 형성되지 않은 발광 소자는 발광 구조체(110) 및 소정의 전극 패턴을 갖는 전극(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 발광 소자는 발광 다이오드 칩(LED chip)일 수 있으며, 발광 다이오드 칩은 블루 LED 칩 또는 자외선 LED 칩으로 구성되거나 또는 레드 LED 칩, 그린 LED 칩, 블루 LED 칩, 엘로우 그린(Yellow green) LED 칩, 화이트 LED 칩 중에서 적어도 하나 또는 그 이상을 조합한 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
그리고, 화이트 LED는 블루 LED 상에 옐로우 인광(Yellow phosphor)을 결합하거나, 블루 LED 상에 레드 인광(Red phosphor)과 그린 인광(Green phosphor)를 동시에 사용하여 구현할 수 있다.
여기서, 발광 소자는 구조에 따라 수평형, 수직형, 및 하이브리형으로 구분될 수 있다.
도 5a는 수평형 구조의 발광 소자를 보여주는 도면이고, 도 5b는 수직형 구조의 발광 소자를 보여주는 도면이며, 도 5c는 하이브리드형 구조의 발광 소자를 보여주는 도면이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 수평형 구조의 발광 소자는 최하부에 실리콘 또는 사파이어로 이루어진 기판(9)이 위치한다.
그리고, 기판(9) 위에 n형 반도체층(2)이 위치할 수 있으며, n형 반도체층(2)은 예를 들어, n-GaN으로 이루어질 수 있다.
이어, n형 반도체층(2) 위에 활성층(3)이 위치할 수 있으며, 활성층(3)은 예를 들어, InGaN (웰층)/GaN (베리어층)으로 이루어질 수 있다.
다음, 활성층(3) 위에 p형 반도체층(4)이 위치할 수 있으며, p형 반도체층(4)은 예를 들어, p-GaN으로 이루어질 수 있다.
그리고, p형 반도체층(4) 위에 p형 전극(5)이 위치할 수 있으며, p형 전극(5)은 예를 들어, 크롬, 니켈 또는 금 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, n형 반도체층(2) 위에는 n형 전극(6)이 위치할 수 있으며, n형 전극(6)은 예를 들어, 크롬, 니켈 또는 금 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
이어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 수직형 구조의 발광 소자는 반사면(5a)을 갖는 p형 전극(5), p형 반도체층(4), 활성층(3), n형 반도체층(2) 및 n형 전극(6)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
이와 같은 발광 소자는 p형 전극(5)과 n형 전극(6)에 전압이 인가되면, 활성층(3)에서 정공과 전자가 결합하면서, 전도대와 가전대의 높이차(에너지 갭)에 해당하는 빛 에너지를 방출하는 원리로 작동될 수 있다.
다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 하이브리드형 구조의 발광 소자는 기판(9) 위에 n형 반도체층(2), 활성층(3), p형 반도체층(4)이 형성된다.
그리고, n형 반도체층(2) 위에는 n형 전극(6)이 형성되고, p형 전극(5)은 기판(9)과 n형 반도체층(2) 사이에 형성되어 n형 반도체층(2) 및 활성층(3)을 거쳐 p형 반도체층(4)에 콘택된다.
즉, p형 전극(5)은 n형 반도체층(2) 및 활성층(3)을 통과하도록 형성된 홀을 통해 p형 반도체층(4)에 콘택된다.
그리고, 홀의 측면에는 절연막(7)이 코팅되어 p형 전극(5)은 전기적으로 절연된다.
이러한 구조의 발광 소자는 실시예로서, Al2O3 기판, 반도체 기판, 광추출구조를 갖는 도전성 기판 등으로부터 선택된 어느 한 기판을 사용할 수 있고, 기판 위에는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN/GaN SLS(Superlattices) 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 버퍼층을 형성할 수 있으며, 버퍼층 위에는 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, AlInN, Superlattices(SLS) layer 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 제 1 N형 반도체층을 형성할 수 있다.
여기서, 제 1 N형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료를 이용할 수 있고, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가도핑될 수도 있다.
그리고, 제 1 N형 반도체층 위에는 InGaN/GaN SLS, AlGaN/GaN SLS, InGaN/InGaN SLS, AlGaN/InGaN SLS(약 3 - 10층) 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 제 2 N형 반도체층을 형성할 수 있고, 제 2 N형 반도체층 위에는 InGaN/GaN 또는 InGaN/InGaN 웰(well)/베리어(barrier) 층 등으로부터 선택된 물질로 활성층을 형성할 수 있다.
여기서, 활성층은 단일양자우물구조, 다중양자우물구조(Multi Quantum Well), 양자점구조 또는 양자선구조 중 어느 하나로 형성할 수 있다.
이어, 활성층 위에는 AlGaN, AlGaN/GaN SLS (약 30nm 이하) 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 제 1 P형 반도체층을 형성할 수 있고, 제 1 P형 반도체층 위에는 GaN, AlGaN/GaN, Superlattices(SLS) layer 등으로부터 선택된 어느 한 물질로 제 2 P형 반도체층을 형성할 수 있다.
여기서, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료를 이용할 수 있고, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수도 있다.
다음, 제 1 전극(n-electrode), 제 2 전극 패드(p-electrode pad), 제 2 전극(ohmic contact layer or transparent layer)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide),IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni, Ag, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO 중 하나 이상을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성 가능하다.
이와 같이, 본 실시예는 다양한 형태의 발광 소자들을 사용할 수 있는데, 도 1과 같은 발광 소자의 표면 위에 광변환층(150)이 형성될 수 있다.
광변환층(150)은 발광 구조체(110)의 발광면 일부가 노출되도록 발광면 위에 형성되고, 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대의 광으로 변환하는 역할을 수행할 수 있다.
도 2는 화이트 컬러(white color)의 광을 구현하기 위한 발광 소자로서, 발광 구조체(110)의 발광 면적을 3개의 영역으로 분할하여, 제 1 영역에는 발광 구조체(110)에서 생성된 광의 컬러를 레드 컬러로 변환하는 제 1 광변환층(150a)을 형성하고, 제 2 영역에는 발광 구조체(110)에서 생성된 광의 컬러를 그린 컬러로 변환하는 제 2 광변환층(150b)을 형성하며, 제 3 영역에는 광변환층(150)을 형성하지 않는다.
여기서, 발광 구조체(110)가 블루 컬러의 광을 생성한다면, 발광 구조체(110)의 제 3 영역에는 광변환층(150)이 형성되어 있지 않으므로, 블루 컬러의 광이 그대로 출사될 수 있다.
이어, 발광 구조체(110)의 제 2 영역에는 제 2 광변환층(150b)에 의해, 블루 컬러의 광이 그린 컬러의 광으로 변환할 수 있으며, 발광 구조체(110)의 제 1 영역에는 제 1 광변환층(150a)에 의해, 블루 컬러의 광이 레드 컬러의 광으로 변환할 수 있다.
따라서, 광변환층(150)을 거친 최종 광의 컬러는 레드 컬러의 광, 그린 컬러의 광, 및 블루 컬러의 광이 서로 조합되어 화이트 컬러가 될 것이다.
이러한 방식을 통해, 화이트 컬러 뿐만 아니라, 다양한 컬러의 광을 생성할 수 있는 발광 소자를 쉽고 간단하게 구현할 수 있다.
도 3은 시안 컬러(cyan color)의 광을 구현하기 위한 발광 소자로서, 발광 구조체(110)의 발광 면적을 2개의 영역으로 분할하여, 제 1 영역에는 발광 구조체(110)에서 생성된 광의 컬러를 레드 컬러로 변환하는 제 1 광변환층(150a)을 형성하고, 제 2 영역에는 광변환층(150)을 형성하지 않는다.
여기서, 발광 구조체(110)가 블루 컬러의 광을 생성한다면, 발광 구조체(110)의 제 2 영역에는 광변환층(150)이 형성되어 있지 않으므로, 블루 컬러의 광이 그대로 출사되고, 발광 구조체(110)의 제 1 영역에는 제 1 광변환층(150a)에 의해, 블루 컬러의 광이 레드 컬러의 광으로 변환할 수 있다.
따라서, 광변환층(150)을 거친 최종 광의 컬러는 레드 컬러의 광 및 블루 컬러의 광이 서로 조합되어 시안 컬러가 될 것이다.
도 4는 마젠타 컬러(magenta color)의 광을 구현하기 위한 발광 소자로서, 발광 구조체(110)의 발광 면적을 2개의 영역으로 분할하여, 제 1 영역에는 발광 구조체(110)에서 생성된 광의 컬러를 그린 컬러로 변환하는 제 2 광변환층(150b)을 형성하고, 제 2 영역에는 광변환층(150)을 형성하지 않는다.
여기서, 발광 구조체(110)가 블루 컬러의 광을 생성한다면, 발광 구조체(110)의 제 2 영역에는 광변환층(150)이 형성되어 있지 않으므로, 블루 컬러의 광이 그대로 출사되고, 발광 구조체(110)의 제 1 영역에는 제 2 광변환층(150b)에 의해, 블루 컬러의 광이 그린 컬러의 광으로 변환할 수 있다.
따라서, 광변환층(150)을 거친 최종 광의 컬러는 그린 컬러의 광 및 블루 컬러의 광이 서로 조합되어 마젠타 컬러가 될 것이다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 발광 소자는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 발광 구조체(110), 전극(130), 광변환층(150)으로 구성될 수 있는데, 발광 구조체(110)는 제 1 파장대의 광을 생성하고, 광 변환층(150)은 발광 구조체(110)의 발광면 일부가 노출되도록 발광면 위에 형성되고, 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대의 광으로 변환할 수 있다.
여기서, 발광 구조체(110)는 도 5a 내지 도 5c와 같이 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제 1, 제 2 반도체층 및 제 1, 제 2 반도체층 사이에 형성되는 발광층을 포함할 수 있다.
또한, 발광 구조체(110)는 그 구조에 따라 다양한 파장대의 광이 생성될 수 있는데, 일례로, 발광 구조체(110)에서 생성되는 광은 UV(ultraviolet)광일 수 있다.
그리고, 전극(130)은 발광 구조체(110) 위에 일정간격을 갖도록 배열되는 제 1, 제 2 전극으로 구성될 수 있는데, 제 1 전극은 애노드이고, 제 2 전극은 캐소드일 수 있다.
도 6은 수평형 구조의 발광 소자에 형성된 광 변환층을 보여주는 도면이고, 도 7은 수직형 구조의 발광 소자에 형성된 광 변환층을 보여주는 도면이며, 도 8은 하이브리드형 구조의 발광 소자에 형성된 광 변환층을 보여주는 도면이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 발광 소자를 이루는 발광 구조체의 발광 면적을 3개의 영역으로 분할할 경우, 발광 면적은 광이 출사할 수 있는 발광 구조체의 측면 및 상/하부면을 모두 포함할 수 있다.
따라서, 광 변환층은 광이 출사할 수 있는 발광 구조체의 측면 및 상/하부면 중 적어도 어느 한 영역에 형성될 수 있다.
예를 들어, 발광 구조체의 하부면이 기판의 회로영역에 접촉될 경우에는 발광 구조체의 측면 및 상부면으로 광이 출사하므로, 광 변환층은 광이 출사할 수 있는 발광 구조체의 측면 및 상부면에 형성될 수 있다.
이와 같이, 발광 구조체의 전기적 연결 상태, 패키징 상태, 및 발광 구조체의 타입에 따라, 광이 출사하는 발광면은 달라질 수 있으므로, 광 변환층은 그에 상응하여, 적절하게 배치되어야 할 것이다.
실시예로서, 도 6 내지 도 8에서는, n형 반도체층(2), 활성층(3), p형 반도체층(4)을 포함하는 발광 구조체의 측면에서 상부면에 이르는 제 1 영역에는 활성층(3)에서 생성된 광의 컬러를 레드 컬러로 변환하는 제 1 광변환층(150a)을 형성하고, n형 반도체층(2), 활성층(3), p형 반도체층(4)을 포함하는 발광 구조체의 상부면에서 측면에 이르는 제 2 영역에는 발광 구조체(110)에서 생성된 광의 컬러를 그린 컬러로 변환하는 제 2 광변환층(150b)을 형성하며, 제 3 영역에는 광변환층(150)을 형성하지 않을 수 있다.
또한, 광 변환층(150)은 형광체로 이루어질 수 있는데, 블루, 녹색, 레드, 옐로우 등의 단파장대에서 장파장대까지 다양한 컬러의 형광체를 사용할 수 있다.
경우에 따라, 다양한 컬러의 염료가 혼합된 형광체를 사용할 수도 있다.
또한, 광 변환층(150)은 발광 구조체(110)에서 생성되는 광이 UV(ultraviolet) 광일 경우, UV 광에 반응하는 형광체일 수 있다.
그리고, 광 변환층(150)은 전극(130)의 일부 또는 전체 영역이 노출되도록, 발광 구조체(110)의 발광면 위에 형성되는 것이 바람직하다.
그 이유는 전극(130)은 내부 회로를 통해 외부의 리드 프레임에 전기적으로 연결하기 위한 와이어링(wiring) 공정을 수행해야 하므로 일부분이 노출되는 것이 바람직하다.
도 9a 및 도 9b는 광 변환층(150)의 형성에 따른 전극의 노출 정도를 보여주는 도면이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)은 전극(130)의 상부 표면 전체가 노출되도록, 전극(130)의 주변부에 형성할 수 있다.
그리고, 도 9b에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)은 전극(130)의 상부 표면 일부만이 노출되도록, 전극(130)의 주변부로부터 전극(130)의 상부면까지 연장되어 형성될 수도 있다.
여기서, 제 1 광 변환층(150a)은 발광 구조체(110)의 발광면의 제 1 영역에 형성되는 제 1 형광체층일 수 있고, 제 2 광 변환층(150b)은 발광 구조체(110)의 발광면의 제 2 영역에 형성되는 제 2 형광체층일 수 있다.
이때, 제 1 형광체층은 발광 구조체(110)로부터 생성되는 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대의 광으로 변환하고, 제 2 형광체층은 발광 구조체(110)로부터 생성되는 제 1 파장대의 광을 제 3 파장대의 광으로 변환할 수 있다.
또한, 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)은 서로 동일한 두께를 가지거나, 또는 서로 다른 두께를 가질 수도 있다.
도 10a 내지 도 10c는 제 1, 제 2 광 변환층의 두께를 보여주는 도면으로서, 도 10a 및 도 10b는 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)의 두께가 서로 동일한 것을 보여주는 도면이고, 도 10c는 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)의 두께가 서로 다른 것을 보여주는 도면이다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)은 서로 동일한 두께를 가짐과 동시에, 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)의 두께(T2)는 전극(130)의 두께(T1)와 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 도 10b에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)은 서로 동일한 두께를 가짐과 동시에, 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)의 두께(T2)는 전극(130)의 두께(T1)보다 더 작게 형성될 수 있다.
그리고, 도 10c에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)은 서로 다른 두께를 가질 수도 있는데, 제 1 광 변환층(150a)의 두께(T2)는 전극(130)의 두께(T1)보다 더 작게 형성될 수 있으며, 제 2 광 변환층(150b)의 두께는 전극(130)의 두께(T1)와 동일하게 형성될 수 있다.
이와 같이, 제 1, 제 2 광 변환층(150a, 150b)의 두께(T2)를 전극(130)의 두께(T1)보다 더 작게 형성하거나 동일하게 형성하는 이유는 외부의 리드 프레임과 전극(130)과의 전기적 연결을 위한 와이어링(wiring) 공정을 원할하게 수행하기 위해서 전극(130)의 상부면을 노출시켜야 하기 때문이다.
한편, 광 변환층(150)을 발광 구조체(110) 위에 형성할 때, 발광 구조체(110)의 발광면 노출 정도에 따라, 최종적으로 구현되는 광의 컬러에 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 최종적으로 구현하고자 하는 광의 컬러가 확정되면, 그에 따라, 발광 구조체(110)의 발광면에 대한 노출 면적값을 설정해야 한다.
도 11a 및 도 11b는 광 변환층에 따른 발광면의 노출 정도를 보여주는 도면으로서, 도 11a는 발광면의 노출면적과 비노출면적이 동일한 것을 보여주는 도면이고, 도 11b는 발광면의 노출면적과 비노출면적이 다른 것을 보여주는 도면이다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 광 변환층(150)의 형성에 따라, 발광면의 노출면적과 비노출면적이 동일한 경우는, 발광 구조체(110)에서 생성되는 광의 베이스 컬러와 광 변환층(150)을 통해 변환되는 광의 컬러가 일대일 비율로 혼합되어야만 구현하고자 하는 컬러가 생성되는 경우를 보여주고 있다.
그리고, 도 11b에 도시된 바와 같이, 광 변환층(150)의 형성에 따라, 발광면의 노출면적과 비노출면적이 다른 경우는, 발광 구조체(110)에서 생성되는 광의 베이스 컬러가 광 변환층(150)을 통해 변환되는 광의 컬러보다 적은 비율로 혼합되어야만 구현하고자 하는 컬러가 생성되는 경우를 보여주고 있다.
경우에 따라서, 광 변환층(150)의 표면은 굴곡을 갖는 요철형태로 형성될 수도 있다.
도 12는 요철 형태의 표면을 갖는 광 변환층을 보여주는 도면으로서, 도 12에 도시된 바와 같이, 광 변환층(150)의 표면은 굴곡을 갖는 요철 형태로 형성할 수 있다.
그 이유는 광 변환층(150)을 통해 변환되는 광이 외부로 출사될 때, 요철 형태의 표면으로 인해, 광이 확산되어 다른 컬러의 광과 혼합이 잘 이루어지므로, 색재현성이 좋아지기 때문이다.
이와 같이, 구성되는 발광 소자는 발광 소자 패키지로 제작될 수 있다.
도 13은 발광 소자가 적용된 발광 소자 패키지를 보여주는 도면으로서, 도 13에 도시된 바와 같이, 발광 소자 패키지는 발광 소자(100), 패키지 바디(body)(200), 리드 프레임(300), 충진재(400)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 발광 소자(100)는 발광 구조체(110), 전극(130), 광 변환층(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 광변환층(150)은 발광 구조체(110)의 발광면 일부가 노출되도록 발광면 위에 형성되고, 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대 또느 제 3 파장대의 광으로 변환하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 패키지 바디(200)는 중앙영역에 홈 형태의 충진재(400) 주입 공간이 형성되고, 그의 중앙영역에서 발광 소자(100)를 지지하고 있다.
여기서, 패키지 바디(200)는 액정 폴리머, 열가소성 플라스틱, 결정성 폴리스티렌을 포함하는 고내열성 수지로 이루어질 수 있는데, 그 예로서 TiO2를 포함하는 PPA(Polyphthalamide)일 수 있다.
그리고, 리드 프레임(300)은 패키지 바디(200) 위에 구비되는데, 발광 소자(100)와 전기적으로 연결되어 패키지 바디(200)의 외부로 연장되어 형성될 수 있다.
이어, 충진재(400)는 발광 소자(100)를 커버하도록 패키지 바디(200)의 충진재(400) 주입 공간 내에 주입된다.
여기서, 충진재(400)는 투명 에폭시, 실리콘계 수지, 그들의 혼합 수지를 이용할 수 있으며, 디스펜싱(dispensing) 공정으로 형성할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 발광 소자가 적용된 발광 소자 패키지의 제작 공정을 설명하면 다음과 같다,
도 14은 발광 소자가 적용된 발광 소자 패키지의 제작 공정을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 먼저, 구현하고자 하는 최종 컬러(final color)를 결정한다.(S100)
이어, 결정된 최종 컬러에 대한 베이스 컬러(base color)의 광을 생성하는 발광 구조체를 형성한다.(S110)
여기서, 발광 구조체는 제 1 반도체층, 제 2 반도체층, 그들 사이에 형성되는 발광층을 포함하도록 수평형, 수직형, 및 하이브리형 등으로 다양으로 형성될 수 있으며, 발광 구조체에서 생성되는 광은 UV 광일 수도 있다.
다음, 발광 구조체 위에 전극을 형성한다.(S120)
그리고, 결정된 최종 컬러에 따라, 발광 구조체의 발광면에 대한 노출 면적값을 결정한다.(S130)
그 이유는 발광 구조체의 발광면 노출 정도에 따라, 최종적으로 구현되는 광의 컬러에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
따라서, 최종적으로 구현하고자 하는 광의 컬러가 확정되면, 그에 따라, 발광 구조체의 발광면에 대한 노출 면적값을 설정해야 한다.
이어, 결정된 노출 면적값에 상응하는 발광 면적이 노출되도록, 발광면 위에 베이스 컬러의 광을 다른 컬러의 광으로 변환하는 적어도 하나의 광 변환층 형성함으로써, 발광 소자를 제작한다.(S140)
여기서, 광 변환층은 UV 광에 반응하는 형광체일 수 있으며, 발광 소자는 광 변환층의 형성에 따라, 베이스 컬러의 광과 변환된 다른 컬러의 광이 혼합된 최종 컬러의 광을 생성할 수 있다.
다음, 홈을 갖는 패키지 바디(body)를 준비한다.(S150)
그리고, 광 변환층이 형성된 발광 구조체를 패키지 바디의 홈 내에 배치한다.(S160)
이어, 발광 구조체의 전극을 패키지 바디의 회로영역에 전기적으로 연결하는 와이어링 공정을 수행한다.(S170)
다음, 발광 구조체 및 패키지 바디의 홈 내에 충진재를 채움으로써, 발광 소자 패키지의 제작이 완료된다.(S180)
본 실시예에 따른 발광 소자 패키지는 복수개가 기판 상에 어레이되며, 발광 소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다.
이러한 발광 소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다.
또 다른 실시예는 상술한 실시예들에 기재된 반도체 발광소자 또는 발광 소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다.
이러한 조명 시스템은 다수의 LED를 집속하여 빛을 얻는 조명등으로 사용될 수 있는 것으로서, 특히 건물의 천장이나 벽체 내에 매입되어 셰이드의 개구부 측이 노출되게 장착 될 수 있도록 하는 매입등(다운라이트)으로 이용할 수 있다.
도 15는 발광 소자 패키지를 갖는 조명장치의 일실시예를 보여주는 도면으로서, 도 15에 도시된 바와 같이, 조명장치는, LED(light emitting diode) 패키지(20)과, LED 패키지(20)에서 발광된 빛의 출사 지향각을 설정하는 셰이드(30)를 포함하여 구성된다.
LED 패키지(20)는 회로 기판(printed circuit board; PCB; 21) 상에 구비되는 적어도 하나 이상의 LED(22)를 포함할 수 있으며, 다수의 LED(22)가 회로 기판(21) 상에 배열되어 구비될 수 있다.
셰이드(30)는 LED 패키지(20)에서 발광되는 광을 집속하여 일정 지향각을 가지고 개구부를 통하여 출사될 수 있도록 하며, 내측면에는 미러면을 가질 수 있다.
여기서, LED 패키지(20)와 셰이드는 일정거리 간격 d만큼 이격되어 설치될 수 있다.
이와 같은 조명장치는 상술한 바와 같이, 다수의 LED(22)를 집속하여 빛을 얻는 조명등으로 사용될 수 있는 것으로서, 특히 건물의 천장이나 벽체 내에 매입되어 셰이드(30)의 개구부 측이 노출되게 장착 될 수 있도록 하는 매입등(다운라이트)으로 이용할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (13)
- 제 1, 제 2 반도체층 및 상기 제 1, 제 2 반도체층 사이에 형성되는 발광층을 포함하며, 제 1 파장대의 광을 생성하는 발광 구조체;
상기 발광 구조체 위에 형성되는 전극; 및
상기 발광 구조체의 일부가 노출되도록 상기 발광 구조체 위에 형성되고, 상기 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대의 광으로 변환하는 광 변환층을 포함하는 발광 소자. - 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 상기 제 1 반도체층에 전기적으로 연결되는 제 1 전극과, 상기 제 2 반도체층에 전기적으로 연결되는 제 2 전극으로 구성되는 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 변환층은 형광체인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 변환층은 상기 전극의 일부 또는 전체 영역이 노출되도록 상기 발광면 위에 형성되는 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 변환층은,
상기 발광면의 제 1 영역에 형성되고, 상기 제 1 파장대의 광을 상기 제 2 파장대의 광으로 변환하는 제 1 형광체층과,
상기 발광면의 제 2 영역에 형성되고, 상기 제 1 파장대의 광을 제 3 파장대의 광으로 변환하는 제 2 형광체층을 포함하는 발광 소자. - 제 5 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 형광체층은 서로 동일한 두께를 갖는 발광 소자.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 형광체층은 서로 다른 두께를 갖는 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광면 중, 노출 면적과 비노출 면적은 서로 동일한 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광면 중, 노출 면적이 비노출 면적보다 적은 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 변환층의 표면은 굴곡을 갖는 요철형태인 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광 변환층의 두께는 상기 전극의 두께와 동일하거나 또는 상기 전극의 두께보다 더 작은 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 발광 구조체에서 생성되는 광은 UV(ultraviolet)광인 발광 소자.
- 제 1 파장대의 광을 생성하는 발광 구조체를 형성하는 단계;
상기 발광 구조체 위에 전극을 형성하는 단계;
상기 발광 구조체의 일부가 노출되도록, 상기 발광 구조체 위에 상기 제 1 파장대의 광을 제 2 파장대 또는 제 3 파장대의 광으로 변환하는 적어도 하나의 광 변환층을 형성하는 단계;
상기 광 변환층이 형성된 발광 구조체를 패키지 바디의 홈 내에 배치하는 단계;
상기 발광 구조체의 전극을 상기 패키지 바디의 회로영역에 전기적으로 연결하는 단계; 그리고
상기 발광 구조체 및 상기 패키지 바디의 홈 내에 충진재를 채우는 단계를 더 포함하는 발광 소자 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020100096335A KR20120034937A (ko) | 2010-10-04 | 2010-10-04 | 발광 소자 및 그 제조방법 |
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| KR1020100096335A KR20120034937A (ko) | 2010-10-04 | 2010-10-04 | 발광 소자 및 그 제조방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114242867A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-25 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种led芯片及其制作方法 |
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2010
- 2010-10-04 KR KR1020100096335A patent/KR20120034937A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114242867A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-25 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种led芯片及其制作方法 |
| CN114242867B (zh) * | 2021-12-15 | 2024-05-28 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种led芯片及其制作方法 |
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